JPH05288062A - 過給機付エンジンの予回転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作動している過給機の吸入負圧を利用して、
停止中の過給機を効果的に予回転しつつ円滑に作動状態
に移行する。 【構成】 プライマリターボ過給機３０とセカンダリタ
ーボ過給機４０を、シーケンシャルターボ式に作動する
ように構成する。そしてセカンダリターボ過給機４０の
ブロワ下流の吸気管２４とプライマリターボ過給機３０
のブロワ上流の吸気管２１との間に、過給圧リリーフ弁
４８を備えたバイパス通路４７を連通し、プライマリタ
ーボ過給機３０のブロワ上流の吸気管２１でバイパス通
路４７との接続部より上流の位置にプリコントロール弁
５０を設け、ツインターボモードの初期に過給圧リリー
フ弁４８を開いた状態でプリコントロール弁５０を一時
的に閉じて通路抵抗を増大し、プライマリターボ過給機
３０の吸入負圧によりセカンダリターボ過給機４０のブ
ロワ側に多量の空気を流し、この空気流により予回転す
るように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンとし
て、複数のターボ過給機をシーケンシャルターボ式に作
動する過給機付エンジンの予回転制御装置に関し、詳し
くは、作動している過給機の吸入負圧を利用した方式に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両用の過給機付エンジンとし
て、多気筒の排気系にプライマリとセカンダリのターボ
過給機を並列的に装備し、このターボ過給機をシーケン
シャルターボ式に作動するものが提案されている。この
シーケンシャルターボ式では、プライマリターボ過給機
が常に過給することが可能に構成され、セカンダリター
ボ過給機側には排気制御弁、吸気制御弁、過給圧リリー
フ弁等が設けられる。そして例えば低速域のシングルタ
ーボモードでプライマリターボ過給機のみを作動して、
高速域のツインターボモードになると、先ずセカンダリ
ターボ過給機を予備回転し、次いで両ターボ過給機を作
動して走行状態に応じた最適なエンジン出力特性を得る
ことを図っている。

【０００３】従来、上記過給機付エンジンの予回転制御
に関しては、例えば特開昭５９−１４５３２７号公報の
先行技術がある。ここでエンジンの排気を過給機のター
ビンに排気通路により導入すると共に、排気の一部を開
閉弁を有する排気導管によってもタービンに導くように
構成する。そして予回転時は開閉弁を開き排気の一部を
排気導管によりタービンに導入して予回転し、このとき
ブロワ側ではリリーフ弁を開いてリリーフ通路により加
圧空気を大気側に戻し、回転抵抗が増大するのを防止す
るように制御することが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、過給機のタービンに２系統の排気
系が連通構成されるので、構造が複雑化する。また排気
を利用して予回転する方式であるから、予回転時の排気
エネルギの損失が大きく、過給圧の変動等を生じ易い。
更に予回転後に過給機が作動する時点で、ブロワにより
一度に多量の空気を加圧して供給するようになるので、
このとき大きいトルク変動を生じる等の問題がある。

【０００５】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、作動している過給機の吸入負圧を利用して、停止中
の過給機を効果的に予回転しつつ円滑に作動状態に移行
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンジンの吸，排気系にプライマリター
ボ過給機とセカンダリターボ過給機とが並列的に配置さ
れ、プライマリターボ過給機は常時作動するように構成
され、セカンダリターボ過給機は少なくとも排気制御
弁、吸気制御弁を有して、ツインターボモードでのみ作
動するように構成される過給機付エンジンにおいて、セ
カンダリターボ過給機のブロワ下流とプライマリターボ
過給機のブロワ上流との間にバイパス通路が連通され、
このバイパス通路に過給圧リリーフ弁が開閉可能に設け
られ、プライマリターボ過給機のブロワ上流の吸気管で
バイパス通路との接続部より上流の位置に、プリコント
ロール弁が開閉して通路抵抗を減増するように設けられ
るものである。

【０００７】

【作用】上記構成に基づき、エンジン運転時のシングル
ターボモードでは、排気制御弁と吸気制御弁とが閉じ、
過給圧リリーフ弁とプリコントロール弁とが開くように
制御され、これによりプライマリターボ過給機のみが単
独で作動して過給する。そしてツインターボモードにな
ると、初期に一時的にプリコントロール弁が通路抵抗を
増大するように閉じて、プライマリターボ過給機の吸入
負圧によりセカンダリターボ過給機のブロワ側に多量の
空気が流れて予回転され、その直後排気制御弁等が開く
ように制御されてセカンダリターボ過給機も作動し、こ
れにより両ターボ過給機で過給するようになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、過給機付エンジンとして水平対向
式エンジンにプライマリとセカンダリのターボ過給機を
装着した場合の全体の構成について説明する。符号１は
水平対向式エンジンのエンジン本体であり、クランクケ
ース２の左右のバンク３，４に、燃焼室５、吸気ポート
６、排気ポート７、点火プラグ８、動弁機構９等が設け
られている。また、このエンジン構造により左右バンク
３，４の付近に、プライマリとセカンダリのターボ過給
機３０，４０がそれぞれ配設されている。排気系とし
て、左右バンク３，４からの排気管１０，１１が連通管
１２により連通され、一方の排気管１１がプライマリタ
ーボ過給機３０のタービン３０ａに、他方の排気管１０
がセカンダリターボ過給機４０のタービン４０ａに、そ
れぞれターボ過給することが可能に連通される。そして
両ターボ過給機３０，４０のタービン３０ａ，４０ａか
らの排気管１３が１つの排気管１４に合流して触媒コン
バータ１５、マフラ１６に連通される。

【０００９】吸気系として、エアクリーナ２０から２つ
に分岐した吸気管２１，２２はそれぞれ両ターボ過給機
３０，４０のブロワ３０ｂ，４０ｂに連通され、このブ
ロワ３０ｂ，４０ｂからの吸気管２３，２４がインター
クーラ２５に連通される。そして、インタークーラ２５
からスロットル弁２６を介してチャンバ２７に連通さ
れ、チャンバ２７から吸気マニホールド２８を介して左
右バンク３，４の各気筒に連通されている。

【００１０】次に、プライマリターボ過給機３０の制御
系について説明すると、タービン３０ａには常に排気を
導入して作動するようになっている。タービン３０ａに
はウエイストゲート弁３１が、デューティソレノイド弁
３３を備えたアクチュエータ３２によりその開度を増減
変化して、過給圧制御するように設けられている。

【００１１】セカンダリターボ過給機４０の制御系につ
いては、プライマリ側と同様にウエイストゲート弁４１
が、デューティソレノイド弁５２を備えたアクチュエー
タ４２により過給圧制御するように設けられる。またタ
ービン４０ａの上流の排気管１０には排気制御弁４３
が、ブロワ４０ｂの下流の吸気管２４には吸気制御弁４
４が、それぞれアクチュエータ４５，４６により開閉す
るように設けられ、セカンダリターボ過給機４０を停止
することが可能になっている。

【００１２】一方、シングルターボモードで作動してい
るプライマリターボ過給機３０の吸入負圧によりセカン
ダリターボ過給機４０を予回転する手段として、セカン
ダリターボ過給機４０のブロワ下流の吸気管２４で、吸
気制御弁４４より上流の位置からプライマリターボ過給
機３０のブロワ上流の吸気管２１にバイパス通路４７が
連通され、このバイパス通路４７に過給圧リリーフ弁４
８がアクチュエータ４９により開閉するように設けられ
る。またプライマリターボ過給機３０のブロワ上流の吸
気管２１でバイパス通路４７との接続部より上流の位置
に、プリコントロール弁５０が設けられる。このプリコ
ントロール弁５０は、アクチュエータ５１により全開状
態から通路抵抗を増大する程度閉じる（全閉に至らない
程度に閉じる）ように制御されるものであり、これによ
り過給圧リリーフ弁４８を開いてプリコントロール弁５
０を閉じる場合には、プライマリターボ過給機３０の吸
入負圧をバイパス通路４７によりセカンダリターボ過給
機４０のブロワ４０ｂにも作用して予回転することが可
能に構成される。

【００１３】図２において制御系について説明する。先
ず吸入空気量センサ５５、クランク角センサ５６、吸気
制御弁４４の上流と下流の差圧を検出する差圧センサ５
７、吸気系の過給圧を検出する絶対圧センサ５８等を有
し、これらのセンサ信号が制御ユニット５９に入力す
る。制御ユニット５９は、図３（ａ）のモード判定マッ
プに基づき低負荷低中速と、高負荷低速の条件の場合に
シングルターボモードを判定し、これ以外の高速側の条
件の場合にツインターボモードをそれぞれ判定する。そ
してシングルターボモードでは、図４に示すように、排
気制御弁４３のアクチュエータ４５のスプリングが配設
されたスプリング室に、大気圧と負圧とを選択的に切換
える切換ソレノイド弁４５ａに閉信号を与えて大気圧を
供給し、かつ、アクチュエータ４５のスプリング室とダ
イヤフラムで区画された圧力室に、大気圧と過給圧とを
選択的に切換える切換ソレノイド弁４５ｂに閉信号を与
えて大気圧を供給することで排気制御弁４３を閉じる。
また、吸気制御弁４４のアクチュエータ４６のスプリン
グ室に、負圧と大気圧とを選択的に切換える切換ソレノ
イド弁４６ａに閉信号を与えて負圧を供給することで吸
気制御弁４４を閉じ、過給圧リリーフ弁４８とプリコン
トロール弁５０のアクチュエータ４９，５１の圧力室
に、過給圧と大気圧とを選択的に切換える切換ソレノイ
ド弁４９ａ，５１ａに開信号を与えて大気圧を供給する
ことで、過給圧リリーフ弁４８とプレコントロール弁５
０を開く。

【００１４】また、ツインターボモードでは、初期に予
回転モードを判断して、図４に示すように、切換ソレノ
イド弁５１ａに閉信号を出力してプリコントロール弁５
０を閉じ、セカンダリターボ過給機４０の予備回転を開
始させる。その後、切換ソレノイド弁５１ａに開信号を
出力してプリコントロール弁５０を開き、このとき切換
ソレノイド弁４９ａに閉信号を出力して過給圧リリーフ
弁４８を閉じ、かつ、切換ソレノイド弁４５ａ，４５ｂ
に開信号を出力して排気制御弁４３を開き、セカンダリ
ターボ過給機４０を実際に作動開始させる。そして、差
圧センサ５７による吸気制御弁４４の上，下流の差圧が
略零になったとき、切換ソレノイド弁４６ａに開信号出
力して吸気制御弁４４を開き、完全にツインターボモー
トに移行する。更にシングルターボモードとツインター
ボモードでは、図３（ｂ）のように目標過給圧が設定さ
れており、この目標過給圧と絶対圧センサ５８により検
出される実過給圧との偏差に応じたデューティ信号をウ
エイストゲート弁３１，４１のデューティソレノイド弁
３３，５２に出力して、各モードにおいて常に実過給圧
が目標過給圧と一致するようにフィードバック制御す
る。

【００１５】次に、作用について説明する。先ず低速側
のシングルターボモードでは、排気系において排気制御
弁４３が閉じることで、セカンダリターボ過給機４０は
排気の導入が遮断されて停止する。そこでエンジン本体
１の左右バンク３，４の排気の全てが排気管１０，１１
と連通管１２によりプライマリターボ過給機３０のター
ビン３０ａに導入して、このプライマリターボ過給機３
０のみが作動する。このとき吸気系ではプリコントロー
ル弁５０が開いて通路抵抗が非常に小さくなることで、
プライマリターボ過給機３０のブロワ３０ｂの回転に伴
う吸入負圧で主として吸気管２１を介して空気が吸入さ
れる。そしてブロワ３０ｂでその空気を加圧し、インタ
ークーラ２５により冷却してエンジン本体１に供給され
るのであり、こうして過給作用される。

【００１６】また吸気制御弁４４は閉じて吸気系の過給
圧のリークが防止され、過給圧リリーフ弁４８は開い
て、特に減速時において吸気制御弁４４が急激に閉じる
際のセカンダリターボ過給機４０のブロワ下流の過給圧
が円滑にリークされる。そしてこのようにプライマリタ
ーボ過給機３０のみが作動する状態で、ウエイストゲー
ト弁３１の開度により過給圧が適正に制御される。尚、
この場合は吸気管２１がバイパス通路４７を介してセカ
ンダリターボ過給機４０に連通した状態になるので、プ
ライマリターボ過給機３０の吸入負圧でセカンダリター
ボ過給機４０にも空気が流れて適宜空転する。

【００１７】一方、エンジン回転数，エンジン負荷の上
昇によりツインターボモードになると、先ずプリコント
ロール弁５０が閉じて吸気管２１の通路抵抗が増大され
る。そこで、プライマリターボ過給機３０のブロワ３０
ｂの回転に伴う吸入負圧の一部がバイパス通路４７を介
してセカンダリターボ過給機４０のブロワ側にも作用す
るようになり、こうして吸気管２１とセカンダリターボ
過給機４０の２系統を介して空気がプライマリターボ過
給機３０に吸入される。このため、セカンダリターボ過
給機４０のブロワ４０ｂにはこの吸入負圧により多量の
空気が流入し、且つこの空気流により予回転される。、
且つ直ちに圧力上昇することが可能になる。

【００１８】そしてこの予回転の直後に、プリコントロ
ール弁５０が開いて元の状態に戻る。また過給圧リリー
フ弁４８が閉じ、排気制御弁４３が開き排気がセカンダ
リターボ過給機４０のタービン４０ａに導入して作動を
開始する。するとセカンダリターボ過給機４０は、既に
ブロワ４０ｂに多量の空気が供給されて予回転している
ので、直ちに圧力上昇して高い過給圧を生じる。また排
気のエネルギ損失が無いことでプライマリ側の過給圧も
高い状態に保持され、これにより図４のようにプライマ
リとセカンダリの過給圧が高いレベルで一致し、即ち、
吸気制御弁４４の上，下流の差圧が略零となり、このと
き吸気制御弁４４が開いてセカンダリターボ過給機４０
も実質的に作動する。こうして予回転後に、トルク変動
の少ない状態で自動的にツインターボモードに移行す
る。そしてこのモードでは、両ターボ過給機３０，４０
のウエイストゲート弁３１，４１の開度により上述より
高い適正な過給圧に制御される。

【００１９】以上、本発明の実施例について説明した
が、水平対向式以外のエンジン、複数のターボ過給機を
選択的に作動するシステムにも同様に適用することがで
きるのは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シーケンシャルターボ式過給機付エンジンにおいて、ツ
インターボモードの初期に、作動しているプライマリタ
ーボ過給機の吸入負圧を利用して、吸入空気の流れによ
り停止しているセカンダリターボ過給機を予回転するよ
うに構成されるので、排気エネルギの損失が無くなり、
セカンダリターボ過給機の過給圧が迅速に上昇して、ト
ルク変動が低減する。また過給圧リリーフ弁を有するバ
イパス通路が、過給圧をリークする機能と、空気流によ
り予回転する機能とを兼ねるので、構造が簡単になり、
過給圧リークの特性も向上する。更にセカンダリターボ
過給機は常時回転することになるので、潤滑油のシール
性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る過給機付エンジンの予回転制御装
置の実施例を示す構成図である。

【図２】制御系の回路図である。

【図３】ターボモード判定と、過給圧制御のマップを示
す図である。

【図４】各モードでの弁の開閉と過給圧の状態を示すタ
イムチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン本体 １０，１１，１３ 排気管 ２１，２２，２３，２４ 吸気管 ３０ プライマリターボ過給機 ４０ セカンダリターボ過給機 ４３ 排気制御弁 ４４ 吸気制御弁 ４７ バイパス通路 ４８ 過給圧リリーフ弁 ５０ プリコントロール弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸，排気系にプライマリター
   ボ過給機とセカンダリターボ過給機とが並列的に配置さ
   れ、プライマリターボ過給機は常時作動するように構成
   され、セカンダリターボ過給機は少なくとも排気制御
   弁、吸気制御弁を有して、ツインターボモードでのみ作
   動するように構成される過給機付エンジンにおいて、セ
   カンダリターボ過給機のブロワ下流の吸気管とプライマ
   リターボ過給機のブロワ上流の吸気管との間にバイパス
   通路が連通され、このバイパス通路に過給圧リリーフ弁
   が開閉可能に設けられ、プライマリターボ過給機のブロ
   ワ上流の吸気管でバイパス通路との接続部より上流の位
   置に、プリコントロール弁が開閉して通路抵抗を減増す
   るように設けられることを特徴とする過給機付エンジン
   の予回転制御装置。
2. 【請求項２】 上記プリコントロール弁は、ツインター
   ボモードの初期に過給圧リリーフ弁が開いた状態で、一
   時的に閉じるように制御されることを特徴とする請求項
   １記載の過給機付エンジンの予回転制御装置。